第三章 热力学定律 单元检测 2025-2026学年高二物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 高中物理热力学定律单元检测，覆盖热力学定律、气体状态变化等核心知识，通过实验探究与综合计算，强化物理观念与科学思维，适配单元复习巩固。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |选择题|10题/46分|热力学第二定律（1题）、能量守恒（2题）、气体状态方程（4题）|结合食品包装袋鼓包（4题）、奥托循环（7题）等真实情境，设置单选（1-7题）与多选（8-10题）梯度| |实验题|2题/16分|探究气体等温变化（11-12题）|通过P-V图像误差分析（12题），培养科学探究能力| |解答题|3题/38分|汽缸活塞模型（13-15题）、热力学第一定律（14题）|综合气体实验定律与能量分析（15题），体现科学推理与模型建构素养|

第三章 热力学定律 单元检测 第I卷（选择题） 一、选择题（共46分，本题共10小题，1-7题每小题4分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的，8-10题每小题6分，在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）。 1．下列说法中错误的是（    ） A．从单一热源吸热并全部转化为功是可能的 B．不可能从单一热源吸热使之完全转换为有用功而不引起其它变化 C．一定质量的理想气体，温度升高，气体内能一定增大 D．物体内能增加，温度一定升高 2．下列说法正确的是（　　） A．条形磁体下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生了感应电流，说明电能是可以被创造的 B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了 C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的 D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量是可以凭空产生的 3．下列说法正确的是（　　） A．由图甲可知，状态①的温度比状态②的温度低 B．由图乙可知，气体由状态A变化到B的过程中，气体分子平均动能一直不变 C．由图丙可知，当分子间的距离时，分子间的作用力随分子间距离的增大先减小后增大 D．由图丁可知，在r由r1变到r2的过程中分子力做正功 4．食品包装袋被带到海拔较高的地区后，会发生明显鼓包现象。假设在从低海拔地区到高海拔地区的过程中，该食品包装袋处于恒温环境且密封完好，则该过程中（　　） A．袋内气体压强减小 B．大气压强增大 C．袋内气体放出热量 D．袋内气体分子平均动能增大 5．一定质量的某种理想气体图像如图所示，从状态开始，气体沿箭头所示方向先后变化到状态、、，其中状态和状态气体温度相同，、的延长线经过坐标原点，则（　　） A．气体在过程中放热 B．气体在过程中对外界做功 C．气体在过程中吸热 D．气体在过程中对外界做的功小于气体吸收的热量 6．对下列各图的理解，正确的是（　　） A．图甲是同一部分气体在不同温度下的图线，可知温度 B．图乙冰箱的工作原理表明热量可以自发地从低温物体传到高温物体 C．图丙方解石的双折射现象体现了其光学性质的各向异性 D．图丁玻璃管中的水银液面呈凸形，表明水银能浸润玻璃 7．如图所示，奥托循环由两个绝热和两个等容过程组成。关于该循环，下列说法正确的是（　　） A．整个过程中温度最高的是状态 B．在过程中，所有气体分子的热运动速率减小 C．在过程中，气体放出热量 D．整个过程气体吸收热量 8．如图甲为一气缸，其升降部分由M、N两筒组成，两筒间密闭了一定质量的理想气体。图乙为气体分子速率分布曲线，初始时刻气缸内气体所对应的曲线为b。若用力使M迅速向下滑动，设此过程筒内气体不与外界发生热交换，则此过程中（　　） A．气体对外界做功，内能减少 B．密闭气体压强增大，分子平均动能增大 C．容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数增加 D．密闭气体的分子速率分布曲线可能会由曲线变成曲线 9．如图所示，是一个固定在水平面上的绝热容AB器，缸壁足够长，面积为的绝热活塞B被锁定。隔板A左右两部分体积均为，隔板A左侧为真空，右侧中有一定质量的理想气体处于温度、压强的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，气体内能增加54.5J。已知大气压强，隔板厚度不计。以下说法正确的是（　　） A．气体从状态1到状态2是可逆过程 B．气体从状态1到状态2分子平均动能不变 C．水平恒力F大小为10N D．电阻丝放出的热量大小为80J 10．如图所示，在固定的真空容器A内部固定着一个绝热汽缸B，用质量为m，面积为S的绝热活塞P将一部分体积为V，压强为的理想气体封闭在汽缸内，动摩擦阻力恒为，撤去钉销K后活塞始终在气缸内运动，则（　　） A．气体膨胀时对外界做功 B．刚撤去阀门K时，活塞的加速度为 C．缸内气体温度不变 D．活塞恰好匀速运动时，气体体积为 第II卷（非选择题） 本题共5小题，共54分。 二、实验题 11．（6分）如图所示，利用特制的注射器做“探究气体等温变化时压强与体积的关系”的实验，已知压力表通过细管与注射器内的空气柱（可认为是理想气体）相连，细管隐藏在柱塞内部未在图中标明，实验时保持气体不漏出。 （1）某同学缓慢推动柱塞，注射器内空气温度保持不变而体积逐渐减小，则此过程单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数______（选填“增多”“不变”“减少”），注射器内空气热传递情况为：______（选填“吸热”“放热”“没有热传递”）； （2）另一同学多次缓慢推动柱塞，注射器内空气体积逐渐减小，根据测量结果描绘的图像如图所示的虚线，实线为一条双曲线，a为实线与虚线的交点，b为虚线上的一点。虚线与玻意耳定律不够吻合，若是温度改变引起的，则可以判断______。（选填“>”“<”）； 12．（10分）某同学用注射器和传感器探究一定质量的气体发生等温变化时压强与体积的关系。注射器一端连接压强传感器，另一端利用活塞封闭一定量的气体，如图1所示。推动活塞压缩气体，记录多组注射器上的体积刻度和传感器的压强示数。 (1)为保证注射器内封闭气体的温度不发生明显变化，应该（　　） A．推拉活塞时，要用手握注射器 B．推拉活塞时，要缓慢推拉活塞 C．推拉活塞时，要快速推拉活塞 (2)某同学在一次实验中，计算机屏幕上显示出如图2所示的图线（其中实线是实验所得图线，虚线为一根参考双曲线），仔细观察不难发现，该图线与玻意耳定律不够吻合，造成这一现象的可能原因是________（选填“活塞处漏气”或“环境温度升高”）； (3)根据（2）中的判断，为了减小误差，应采取的措施是________； (4)调整好器材后，该同学在不同温度下完成实验，得到了如图3所示的图线，并在图像中找到了气体的三个状态、、。 ①气体处于、状态时温度分别为和，则可知________；（用图中字母表示） ②在的过程中，密封气体从外界吸收了热量________（选填“大于”“小于”或“等于”）气体对活塞做的功。 三、解答题 13．（8分）如图，一定质量的理想气体用活塞封闭在固定的圆柱型汽缸内，不计活塞与缸壁间的摩擦。现缓慢降低气体的温度使其从状态a出发，经等压过程到达状态b，即刻锁定活塞，再缓慢加热气体使其从状态b经等容过程到达状态c。已知气体在状态a的体积为4V、压强为、温度为，在状态b的体积为V，在状态c的压强为。求： （1）气体在状态b的温度； （2）从状态a经b再到c的过程中，气体总的是吸热还是放热，吸收或放出的热量为多少？ 14．（14分）如图1所示，一质量为m、横截面积为S的活塞将一部分气体封闭在导热圆柱形容器内，活塞能无摩擦地滑动。开始时封闭气体的温度为（低于环境温度），活塞与容器底部的距离为h。当气体从外界吸收热量后，活塞缓慢上升高度d后再次平衡。大气压恒为，环境温度保持不变，重力加速度为g。 (1)求环境温度T； (2)如图2所示，在推力F的作用下，活塞缓慢下移至初始位置，此过程气体向外界放出热量Q，求此过程推力F对活塞所做的功W。 (3)如图所示，下列热机工作过程的能流分配正确，且能自发进行的是________。 A．B．C．D． 15．（16分）如图所示，一内横截面积的圆柱形气缸静置于水平地面上，气缸下部有小缺口与外界大气连通。气缸内轻质活塞上部密闭一定质量的理想气体，开始时，气柱长度，压强与大气压强相等且均为，温度；活塞下部连接一劲度系数的轻质弹簧，弹簧下端固定在气缸底部并处于原长。现通过加热装置（体积忽略不计）对密闭气体缓慢加热，当气体温度升高到时，活塞开始向下滑动并压缩弹簧；继续缓慢加热，活塞下滑时停止加热，活塞同时停止下滑。活塞下滑过程中与气缸内壁之间的滑动摩擦力保持不变，且与最大静摩擦力相等，弹簧始终在弹性限度内。 (1)求活塞与气缸内壁之间的滑动摩擦力大小f； (2)求活塞下滑时气体的温度； (3)从开始加热到活塞下滑的过程中，气体从外界吸收的热量，求此过程中气体内能的增加量。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《第三章 热力学定律 单元检测 》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D C D A B C D BC BCD AB 1．D 【详解】A．从单一热源吸热并全部转化为功是可能的，但是要引起其它的变化，选项A正确，不符合题意； B．根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸热使之完全转换为有用功而不引起其它变化，选项B正确，不符合题意； C．理想气体的内能只与温度有关，则一定质量的理想气体，温度升高，气体内能一定增大，选项C正确，不符合题意； D．物体内能包括分子动能和分子势能总和，若物体的内能增加，则温度不一定升高，例如零度的冰融化为零度的水，选项D错误，符合题意。 故选D。 2．C 【详解】A．条形磁体下落导致线圈中产生感应电流，这是机械能转化为电能的过程，A错误； B．根据能量守恒定律，太阳光照射到宇宙空间的能量并未消失，而是以其他形式存在或转移，B错误； C．“马儿跑”需要能量输入，“不吃草”意味着无能量来源，违背能量守恒定律，C正确； D．“全自动”手表的能量来源于环境（如人体运动或温度变化），并非凭空产生，D错误。 故选C。 3．D 【详解】A．由分子热运动的速率的分布特点可知，分子热运动的速率分布呈现“中间多两头少”的规律，且随温度的升高，大部分的分子热运动速率增大，故由图可知状态①的温度高，故A错误； B．由理想气体状态方程结合图乙可知，气体在状态A和状态B时，气体的温度相同，结合气体的等温线可知，该过程气体的温度先升高，后降低，故气体分子平均动能先增大后减小，故B错误； C．由分子力随分子间距的变化关系图象可知，当分子间的距离时，随分子间距离的增大，分子间的作用力先增大后减小，故C错误； D．由图丁可知，在分子间距为时，分子间距离为平衡位置的距离。在r由变到的过程中，分子力为斥力，随分子间距的增大，分子力做正功，故D正确。 故选D。 4．A 【详解】A．一定质量的理想气体温度不变时，由玻意耳定律，得（为恒量） 包装袋鼓包说明袋内气体体积增大，因此压强减小，故A正确； B．海拔越高大气压强越小，高海拔地区大气压强低于低海拔地区，故B错误； C．理想气体内能仅与温度有关，恒温下袋内气体内能 气体体积膨胀对外做功，外界对气体做功 根据热力学第一定律，可得 即袋内气体吸收热量，故C错误； D．分子平均动能仅由温度决定，恒温环境温度不变，袋内气体分子平均动能不变，故D错误。 故选A。 5．B 【详解】A．根据理想气体状态方程 ，可得 因此图中过原点的直线为等容线，斜率，斜率越大，体积越小，过程，延长线过原点，因此是等容变化，体积不变，外界对气体做功，温度升高，理想气体内能仅与温度有关，因此 根据热力学第一定律 得，气体吸热，故A错误； B．是等压变化，压强不变，温度升高，根据盖-吕萨克定律，温度升高则体积增大，体积增大时气体对外界做功，故B正确； C．延长线过原点，因此是等容变化，体积不变，气体做功 过程中温度降低，因此 根据热力学第一定律得，气体放热，故C错误； D．题目已知，因此初末态内能相等，即 由斜率关系得，因此，气体总体积增大，对外做功 根据热力学第一定律 得，即对外做功等于吸收的热量，故D错误。 故选B。 6．C 【详解】A．温度越高，气体分子平均速率越大，麦克斯韦速率分布曲线的峰值会向大速率方向移动，且峰值降低。由图可知曲线Ⅱ的最概然速率更大，因此，故A错误； B．根据热力学第二定律，热量不能自发从低温物体传到高温物体；冰箱工作时需要消耗外界电能做功，不是自发过程，故B错误； C．方解石是单晶体，单晶体具有光学各向异性，双折射现象就是光学各向异性的体现，故C正确； D．液体不浸润固体时，液面会呈现凸形，水银液面在玻璃管中呈凸形，说明水银不能浸润玻璃，故D错误。 故选C。 7．D 【详解】A．根据理想气体状态方程可知，某状态下的气体温度大小正比于压强与体积的乘积，即 在绝热过程中，体积膨胀，气体对外做功，有 所以 可知内能减小，即 所以c状态的温度是最高的，故A错误； B．在过程中，气体的体积不变，压强减小，根据查理定律有 可得 则过程气体的平均动能减小，平均速率减小，但不是所有气体分子的热运动速率都减小，故B错误； C．在过程中，根据查理定律，有 可得 所以的过程中，内能增加，由于体积不变，所以气体没有对外界做功，即 所以 即气体吸收热量，故C错误； D．整个循环过程气体又回到了初始状态，内能不变。气体的图像中曲线与体积轴围成的面积，即为气体对外界做的功，所以如图所示的阴影部分面积为整个过程的气体对外界做的功。 一个循环中，气体对外界做功， 由于 所以 即气体吸收热量，故D正确。 故选D。 8．BC 【详解】ABC．根据题意可知，M迅速向下滑动，理想气体的体积减小，气体分子的密集程度变大，外界对气体做功。且筒内气体不与外界发生热交换，根据热力学第一定律 可知理想气体内能增大，温度升高，分子的平均动能增大，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数增加，根据理想气体状态方程 可知密闭气体压强增大，故A错误，BC正确； D．由于气体温度越高，速率较大的分子所占的比例越大，则密闭气体的分子速率分布曲线可能会变成曲线，故D错误。 故选BC。 9．BCD 【详解】A．气体向真空的自由扩散是自发的宏观过程，根据热力学第二定律，一切自发的宏观过程都是不可逆的，因此该过程不是可逆过程，故A错误； B．气体从状态1到状态2，容器绝热，因此；气体向真空膨胀，不需要克服外力做功，因此外界对气体做功。根据热力学第一定律，得，气体内能不变。 理想气体内能仅与温度有关，因此温度不变；分子平均动能仅由温度决定，所以分子平均动能不变，故B正确； C．状态1到状态2，气体温度不变，由玻意耳定律 得状态2压强 对静止的活塞受力分析，受力平衡 解得，故C正确； D．状态2到状态3，活塞保持受力平衡，气体做等压变化，由盖-吕萨克定律 解得 体积变化 气体对外做功 根据热力学第一定律（为气体对外做功），得气体吸收的热量（等于电阻丝放出的热量），故D正确。 故选BCD。 10．AB 【详解】A．气体膨胀时体积增大，气体对外界做正功，故A正确； B．刚撤去K时，活塞速度为0，受到向右的气体压力 向左的滑动摩擦力。根据牛顿第二定律有 解得，故B正确； C．汽缸和活塞绝热，气体与外界无热交换，。气体膨胀对外做功，。根据热力学第一定律 可知，气体内能减小，理想气体温度降低，故C错误； D．活塞恰好匀速运动时，受力平衡，有，解得气体压强 由于实际过程为绝热膨胀，温度降低，根据理想气体状态方程，根据题目信息，无法计算体积准确值，故D错误。 故选AB。 11． 增多 放热 < 【详解】（1）[1]注射器内空气温度保持不变而体积逐渐减小根据 因此压强变大，而温度不变，分子平均动能不变，由压强的微观决定因素可知单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多。 [2]根据热力学第一定律可知，气体温度不变则内能不变，体积减小说明外界对气体做功，则可知气体放热。 （2）[3]结合图像可知由a到b过程，压缩气体过程中p与V的乘积增大，根据理想气体的状态方程，可分析出气体的温度升高了，即 12．(1)B (2)活塞处漏气 (3)活塞处涂抹润滑油（表述的措施能够达到改善漏气的均可得分） (4) 大于 【详解】（1）为保证注射器内封闭气体的温度不发生明显变化，推拉活塞时，不能用手握注射器，避免因手的温度而改变气体的温度，同时要缓慢推拉活塞，避免摩擦生热，导致气体温度改变，故选B； （2）如图可知，等体积时，实线的乘积偏小，由 可知造成这一现象的可能原因是活塞处漏气或者环境温度降低； （3）为避免活塞处漏气，可在活塞处涂抹润滑油（表述的措施能够达到改善漏气的均可得分）； （4）①由 解得； ②图像中，图线与横轴围的面积表示气体做功的多少 由图3可知，的过程，气体对外界做功，有 的过程，外界对气体做功，有，且有 故的过程中，外界对气体做功 则依题意，气体对活塞做的功 因为 故 则的过程中，内能增大，即 由 解得 故。 13．（1）；（2）气体放热，放出热量为 【详解】（1）气体从状态a到状态b的过程为等压变化，则有 解得气体在状态b的温度为 （2）从状态a到状态b，活塞对气体做的功为 气体从状态b到状态c的过程为等容变化，由查理定律有 解得 从状态a经b再到c的过程中，由热力学第一定律可得 因 故气体在状态a和状态c的内能相等，即 可得 即从状态a经b再到c的过程中，气体放热，放出的热量为。 14．(1) (2) (3)B 【详解】（1）根据盖-吕萨克定律有 解得 （2）此过程为等温变化，气体内能变化，由热力学第一定律，可得 解得 （3）根据热力学第二定律，热机工作时从高温热库吸热，对外做功，向低温热库放热，且该过程能自发进行。 A．放热，违反能量守恒，故A错误； B．从高温热库吸热，对外做功，向低温热库放热，符合热力学第二定律，故B正确； C．从低温热库吸热，无法自发进行，故C错误； D．向高温热库放热，违背自发过程的方向性，故D错误。 故选B。 15．(1) (2) (3) 【详解】（1）设轻活塞开始滑动时密闭气体的压强为，由查理定律有 解得 对轻活塞受力分析有 解得 （2）轻活塞刚好下滑时，设气体压强为，对轻活塞受力分析有 且 解得 由理想气体状态方程有 解得 （3）整个过程中，气体压强随距离均匀增加，由平均力法可得外界对气体做功 由热力学第一定律 解得 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $